摘要
改革开放以来，基坑工程在我国建筑领域中扮演着重要的角色，涉及高层建筑、地下商场、地铁、地下停车场和人防等重要工程。现有的基坑开挖设计中一般忽略基坑的三维特性，将其视为平面应变问题。但实际基坑的坑角侧墙会提供着额外的刚度约束，坑角附近的变形和受力并不是平面应变状态，其对基坑的影响称之为坑角效应。在坑角效应方面，大量学者将目光集中在直角形基坑的变形和支护研究上，而关于倒角和圆角形基坑的相关研究较少。因此，本文通过模型试验和数值模拟相结合的方法对不同形状坑角所带来的坑角效应进行系统深入研究，主要的工作和成果有: ①以西安某基坑工程为背景，开展相似模型试验，研究了直角、倒角和圆角三种坑角对基坑变形和土压力的影响。结果表明:基坑开挖力学响应规律都具有明显的坑角效应，距离坑角越近，坑角效应越强，表现在围护结构变形越小，坑外地面沉降和水平位移也越小，土压力越大;反之，远离坑角，竖直水平位移增大，土压力减小，坑角效应逐渐减弱。 ②以模型试验为基础，借助FLAC3D数值模拟进一步研究了基坑开挖的坑角效应，结果表明:在X方向上，直角基坑沉降坑角效应的影响范围是2.2He（He为基坑开挖深度），土压力坑角效应的影响范围是1.4He;倒角和圆角基坑沉降坑角效应影响范围分别是1.4He、1.2He，土压力坑角效应的影响范围分别是1.0He、0.8He。 ③探究了基坑开挖坑角效应的影响因素并开展了敏感性分析。结果表明:基坑开挖产生的坑角效应受基坑长深比、坑角角度以及坑角大小的影响较大。随着基坑长深比、坑角角度、坑角大小的减小，基坑变形减小，坑角效应增强。在直角基坑中，长深比敏感性大于坑角角度。在倒角基坑中，长深比敏感性最强，坑角角度次之，坑角大小最小。在圆角基坑中，长深比的敏感性最强，坑角大小次之，坑角角度最小。 ④以单排桩和双排桩基坑工程为案例，建立直角、倒角和圆角形基坑数值模型，分析了坑角效应对单排桩和双排桩基坑变形的影响。结果表明:将直角形基坑的坑角从距离坑角1倍开挖深度位置处换为倒角、圆角能够有效控制基坑变形。相比于单排桩直角形基坑，倒角、圆角形基坑的沉降分别减小0～19.95％、0～16.42％,土压力值分别增大0～49.30％、0～36.22％。相比于双排桩直角形基坑，倒角、圆角形基坑的土压力值分别增大2.78％～45.32％、2.39％～42.81％，沉降分别减小16.48％～36.80％、9.89％～24.65％。
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